河北专版2020中考物理复习方案第五单元电学与磁学第20课时电能电功率焦耳定律课件 43页

第 20 课时　 电能　电功率　焦耳定律 第五单元　电学与磁学 考点一　电能及其测量 电能 单位 　 国际单位是 　　　　 ; 常用单位是 　　　　 , 俗称 　　　　 ;1 度 = 1 kW·h = 　　　　　　 J  电功 实质 　 用电器消耗电能的过程实际是 　　　　 能转化为其他形式能的过程 , 也就是电流做功的过程   计算 　 ① W= 　　　 = 　　　　 ( 适用于所有电路 );  　 ② 对于纯电阻电路 , 可推导出 W= 　　　 ( 串联、同一电流 ) = 　　　　 ( 并联、家庭电路、同一电压 )  焦耳 (J) 千瓦时 度 3 . 6×10 6 电 Pt UIt I 2 Rt ( 续表 ) 电能 考点二　电功率 1. 电功率 快慢 P 瓦特 (W) 10 3 电功 时间 UI 2. 额定电压和额定功率 概念 　 额定电压 : 用电器 　　　　　　 时的电压   　 额定功率 : 用电器在 　　　 　 下工作时的电功率   铭牌含义 　 灯泡 “PZ220 V 　 60 W”: 这个灯泡的额定电压为 　　　　　 , 额定功率为 　　　　　   正常工作 额定电压 220 V 60 W ( 续表 ) ( 续表 ) 考点三　焦耳定律 1 . 电流的热效应 　　 电流通过导体时电能转化为内能 , 这种现象叫电流的热效应。利用 : 电炉、电饭锅、电热毯、电熨斗等。防止 : 散热窗、散热片等。 2 . 焦耳定律内容 　　 电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成 　　　　 , 跟导体的电阻成 　　　　 , 跟通电时间成 　　　　 。   3 . 焦耳定律公式 (1) 数学表达式 : 　　　　 ( 适用于所有电路 ) 。   (2) 对于纯电阻电路 , 可推导出 : Q=I 2 Rt=UIt= t 。 正比 正比 正比 Q=I 2 Rt 考点四　电热与电能的关系 物理量 电能 ( 电功 ) 电热 计算公式 W=UIt Q=I 2 Rt 快慢程度 P 电 =UI P 热 =I 2 R 关系 　 在纯电阻电路中 : W=Q , P 电 =P 热 ; 　 在非纯电阻电路中 : W>Q , P 电 >P 热 探究一　电能表及相关计算 1 . [2019· 石家庄二模 ] 本月末 , 某同学家的电能表表盘如图 20-1 所示。已知家庭电路电压为 220 V, 他家允许接入电路连续工作的用电器的总功率最大为 　　　 W 。他只将一台额定功率为 100 W 的用电器接入电路 , 在该用电器正常工作 2 h 的时间内 , 电能表的转盘应转过 　　　　 转。若该同学家本月内用电 100 度 , 则上月末电能表的示数为 　　　　 kW·h 。   图 20-1 4400 500 1915 . 1 　 2 . [2019· 藁城区模拟 ] 小明观察到家里的电能表的表盘如图 20-2 所示 , 他想检测该电能表是否准确 , 他用电压表测得电路电压为 220 V, 将标有 “220 V 　 500 W” 字样的用电器接入电路中 , 只让这个用电器工作 , 通过计算可知 1 h 后电能表示数应为 　　　　　　 , 而小亮则认为所用时间太长 , 他用 3 min 测出电能表转盘转过 80 转 , 据此判断该电能表所测数值是 　　　　 ( 选填 “ 偏大 ”“ 偏小 ” 或 “ 准确 ”) 的。   图 20-2 108 . 1 kW·h 偏大 　 3 . [2019· 石家庄二模 ] 如图 20-3 所示是小宇家的电子式电能表。有一天他洗澡时 , 关闭了家里其他用电器 , 只让家里标有 “2000 W” 的电热沐浴器正常工作 , 发现电能表指示灯闪烁了 900 imp 时 , 沐浴器内满箱水的温度从 23 ℃升高到 43 ℃ , 则消耗的电能是 　　　　 kW·h, 通电时间是 　　　 min; 如果水吸收的这些热量由完全燃烧 0 . 021 m 3 的天然气提供 , 不计热量的损失 , 则水箱内水的质量是 　　　　 kg 。 [ q 天然气 = 4 . 0×10 7 J/m 3 , c 水 = 4 . 2×10 3 J/(kg· ℃ )]  图 20-3 0 . 3 9 10 4 . [2017· 牡丹江改编 ] 小红家新购买了一台电热水壶 , 用它烧水时发现水烧开了而导线却几乎不热 , 这是由于电热水壶内部电热丝的电阻比导线的 　　　　 ( 选填 “ 大 ” 或 “ 小 ”) 。查看铭牌 , 小红了解到电热水壶的额定功率为 1500 W 。若加热效率为 90%, 标准大气压下 , 电热水壶正常工作 7 min, 可将 　　　　 kg 、初温是 25 ℃的水烧开。 [ c 水 = 4 . 2×10 3 J/(kg· ℃ )]  [ 答案 ] 大　 1.8 探究二　动态电路中的电功率变化问题 5 . [2019· 菏泽 ] 如图 20-4 所示电路 ( 电源电压保持不变 ), 闭合开关 S, 当滑动变阻器的滑片向右端移动时 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) A . 电压表示数不变 , 电流表示数变大 B . 电压表示数变大 , 电流表示数变小 C . 电压表示数变小 , 电流表示数变小 D . 电压表示数变大 , 电阻 R 1 的电功率变大 图 20-4 [ 答案 ] D 探究三　电功率相关的计算问题 6 . ( 多选 ) [2018· 德阳改编 ] 图 20-5 甲是小灯泡 L 和电阻 R 的电流随电压变化的图像 , 将它们按图乙所示方式接入电路中 , 已知该电路中电源电压是 2 V, 则下列结论正确的是 ( 　　 ) A . 只闭合开关 S 时 , 电路消耗的功率是 1 W B . 先闭合开关 S, 再闭合 S 1 , 电流表示数变化了 0 . 2 A C . 先闭合开关 S, 再闭合 S 1 , 电路消耗的总功率为 1 . 2 W D . 先闭合开关 S, 再闭合 S 1 , 电路消耗的功率将增大 0 . 4 W 图 20-5 [ 答案 ] ABD 　 [ 解析 ] 由图乙可知 , 只闭合开关 S 时 , 电路为小灯泡 L 的简单电路 , 电流表测电路中的电流 , 电源电压是 2 V, 则灯泡两端的电压为 2 V, 由图甲可知 , 此时通过灯泡 L 的电流为 0 . 5 A, 则电路消耗的功率 P=UI L = 2 V×0 . 5 A = 1 W, 故 A 正确 ; 再闭合开关 S 1 时 , 灯泡 L 与定值电阻 R 并联 , 电流表测干路电流 , 因并联电路中各支路两端的电压相等 , 此时 R 两端的电压为 2 V, 由图甲可知此时 I R = 0 . 2 A, 因并联电路中各支路独立工作、互不影响 , 所以 , 通过灯泡 L 的电流不变 , 则电流表示数的变化量 Δ I=I R = 0 . 2 A, 故 B 正确 ; 因并联电路中干路电流等于各支路电流之和 , 所以 , 干路电流 I'=I L +I R = 0 . 5 A + 0 . 2 A = 0 . 7 A, 此时电路消耗的总功率 P'=UI'= 2 V×0 . 7 A = 1 . 4 W, 故 C 错误 ; 电路消耗功率的增加量 Δ P=P'-P= 1 . 4 W - 1 W = 0 . 4 W, 故 D 正确。 7 . ( 多选 ) 灯泡 L 上标有 “6 V 　 6 W” 字样 , 测得该灯泡的电流随电压变化的关系如图 20-6 甲所示。现把灯泡 L 接入如图乙所示的电路中 , 若电路电压为 10 V 不变 , 电流表的量程为 “0 ~ 0 . 6 A”, 电压表的量程为 “0 ~ 15 V”, 则下列说法正确的是 ( 　　 ) A . 灯泡 L 正常发光时 , 电压表的示数为 6 V B . 当电流表示数为 0 . 4 A 时 , 电压表的示数为 9 V C . 灯泡 L 的电阻值随电压表的示数的增大而增大 D . 为了保证电路安全 , 整个电路消耗的最大功率为 6 W BD 图 20-6 8 . ( 多选 ) 如图 20-7 甲所示 , 电源电压保持不变 , R 0 为定值电阻 , R 为滑动变阻器 , 闭合开关 S, 滑动变阻器的滑片从一端移动到另一端的过程中 , 电压表和电流表的示数与 R 接入电路的阻值的关系分别如图乙、丙所示。下列说法正确的是 ( 　　 ) A . 电源电压为 6 V B . 滑动变阻器 R 的最大阻值是 20 Ω C .R 0 的最小电功率为 0 . 4 W D . 当滑片 P 置于中点时 , R 的电功率为 0 . 8 W 图 20-7 [ 答案 ] ABC 9 . 某同学在做 “ 调节灯泡亮度 ” 的电学实验时 , 电路如图 20-8 所示 , 电源电压恒为 4 . 5 V, 电压表量程为 “0 ~ 3 V”, 滑动变阻器规格 “20 Ω 　 1 A”, 灯泡 L 标有 “2 . 5 V 　 1 W” 字样 ( 忽略灯丝电阻变化 ), 在不损坏电路元件的情况下 , 下列判断正确的是 ( 　　 ) A . 该电路的最大功率是 2 . 25 W B . 灯泡的最小功率是 0 . 162 W C . 电路中电流变化的范围是 0 . 4 ~ 1 A D . 滑动变阻器阻值变化的范围是 5 ~ 12 . 5 Ω D 图 20-8 探究四　焦耳定律及其应用 10 . 当电路中有电流流过时 , 导体就会发热 , 这种现象叫电流的 　　　　 效应。在洗衣机、电饭锅中 , 　　　　 就是利用电流的热效应工作的。某导体电阻为 10 Ω, 通过的电流为 2 A, 这个导体通电 5 min 放出的热量是 　　　　 J 。   热 电饭锅 1 . 2×10 4 考点一　电能表及其相关计算 1 . [2018· 河北 23 题 2 分 ] 小明一家外出旅游 , 出门时电能表示数为 , 回来时为 , 这期间消耗了 　　　　 度电。这些电能可使标有 “220 V 　 25 W” 的灯泡正常工作 　　　　 h 。   3 120 2 . [2017· 河北 23 题 2 分 ] 一天小明家中的 IC 电能表上的余额用完了 , 电能表便切断了电路 , 小明的父亲将存有 300 元的 IC 卡插入电能表 , 电路又接通了 , 此时电能表的示数为 , 小明家所在地每度电的电费是 0 . 6 元 ,300 元电费可用电 　　 　 kW·h, 为防止电能表再次切断电路 , 小明家应在电能表的示数为 前为 IC 卡电能表充值。   500 3 . [2016· 河北 25 题 2 分 ] 小明家新买了一个电热水器 , 刚接入电路 , 家里的空气开关就断开了。他猜想造成空气开关断开的原因是 : ①连入电路中的用电器总功率过大 ; ②电热水器或插头处短路。于是他请电工师傅检修后 , 将空气开关复位 , 只让电热水器单独工作 , 家里标有 “2000 r/(kW·h)” 电能表的转盘 3 min 内转了 100 转 , 电热水器的功率为 　　　　 W 。小明的猜想 　　　　 ( 选填序号 ) 是正确的。 ( 已知电热水器接入电路前 , 小明家正在使用的用电器总功率约为 3200 W, 空气开关允许通过的最大电流为 40 A)  [ 答案 ] 1000 　② 考点二　电热学结合 4 . [2013· 河北 25 题 3 分 ] 小明去打开水 , 水未开 , 此时观察到温度计示数为 77 ℃ , 电能表示数为 ; 水开时 , 温度计示数为 97 ℃ , 电能表示数为 , 电热水器消耗了 　　　 J 的电能。第二天小明又去打水 , 发现水仍未开 , 水的温度为 t , 等到水开时温度计示数为 98 ℃ , 这段时间内电热水器消耗的电能为 2 . 1 kW·h, 则 t= 　　　　 ℃。两天水开时的温度不同 , 是由于液体的沸点与 　　　　　　 有关。 [ c 水 = 4 . 2×10 3 J/(kg· ℃ ), 电路中只有电热水器 , 且水的质量不变 , 不计热损失 ]  [ 答案 ] 5 . 04×10 6 　 68 　 液面上的气压大小 [ 解析 ] 消耗的电能 W= 865 . 4 kW·h - 864 . 0 kW·h = 1 . 4 kW·h = 5 . 04×10 6 J; 设水的质量为 m , 根据 W=Q 吸 =cm ( t-t 0 ) 可得 , Q 吸 =c 水 m ( t 2 -t 1 ), 即 5 . 04×10 6 J = 4 . 2×10 3 J/(kg· ℃ ) × m ×(97 ℃ - 77 ℃ ) ① , Q 吸 '=c 水 m ( t 2 '-t ), 即 2 . 1×3 . 6×10 6 J = 4 . 2×10 3 J/(kg· ℃ )× m × (98 ℃ -t ) ② , ①②联立得 , t= 68 ℃。 [ 答案 ] 3 . 78×10 5 　 1000 考点三　动态电路分析 6 . ( 多选 ) [2019· 河北 22 题 3 分 ] 如图 20-9 所示 , 电源电压不变 , R 1 、 R 2 为定值电阻 , R 为滑动变阻器 , a 、 b 是电流表或电压表。当只闭合开关 S 、 S 1 时 , a , b 的指针均明显偏转 , 将位于中点的滑片 P 向左移动 , a 的示数不变 , b 的示数有变化。以下说法中正确的是 ( 　　 ) A .b 是电流表 B . 只闭合 S 、 S 2 , 移动滑片 P , 则 a 示数的变化量与 b 示数的 变化量的比值可能等于 R 1 +R 2 C . 若将 b 换成另一种电表 , 只闭合 S 、 S 2 , 将滑片 P 向右移动 , R 2 消耗的功率一定变大 D . 若将 a 与 b 的位置互换 , 只闭合 S 、 S 2 , 则 a 的示数与 b 的示数的比值可能等于 R 2 图 20-9 [ 答案 ] AD 若 a 为电流表时 , 只闭合 S 、 S 2 , R 、 R 2 被短路 , 电路为 R 1 的简单电路 , a 、 b 两表均测电路中电流 , 移动滑片 P , a 、 b 两表的示数变化量均为 0, 故 B 错误。将 b 换成电压表 , 且 a 为电压表时 , 只闭合 S 、 S 2 , R 1 、 R 2 与 R 串联 , 滑片 P 向右移动 , R 电阻变小 , 电路总电阻变小 , 电流变大 , 根据 P=I 2 R 可知 , R 2 消耗的功率变大 ; 若将 b 换成电压表 , 且 a 为电流表时 , 只闭合 S 、 S 2 , R 被短路 , R 1 、 R 2 串联 , 滑片 P 向右移动 , R 1 、 R 2 电阻不变 , 电路总电阻不变 , 电流不变 , 根据 P=I 2 R 可知 , R 2 消耗的功率不变 , 故 C 错误。若 a 为电压表 , 且将 a 与 b 的位置互换时 , 只闭合 S 、 S 2 , R 被短路 , R 1 、 R 2 串联 , 电流表 b 测电路中的电流 , 电压表 a 测 R 2 两端的电压 , 则 a 的示数与 b 的示数的比值为 R 2 ; 若 a 为电流表 , 且将 a 与 b 的位置互换时 , 只闭合 S 、 S 2 , R 、 R 2 被短路 , 电路为 R 1 的简单电路 , 两电流表 a 、 b 的示数相等 , 其比值为 1, 故 D 正确。 7 . ( 多选 ) [2018· 河北 22 题 3 分 ] 如图 20-10 所示 , 电源电压不变 , a 、 b 、 c 为电流表或电压表。只闭合开关 S 1 时 , a 表无示数 , b 表有示数。 S 1 、 S 2 都闭合时 , 滑片 P 向右滑动 , c 表的示数不变。下列判断正确的是 ( 　　 ) A .a 表是电压表 B . 先闭合 S 1 , 再闭合 S 2 , 电路中的总电流变大 C . 只闭合 S 1 , P 向右移动 , R 2 两端的电压变化量与电流变 化量的乘积大于其电功率的变化量 D . 开关均闭合 , 电路的总功率为 P 1 ; 若将 c 表换成另一种电表 , 再闭合 S 1 、 S 2 , 电路的总功率为 P 2 , 则 P 2 >P 1 图 20-10 [ 答案 ] BD 　 [ 解析 ] 只闭合开关 S 1 时 , a 、 b 两表串联 , 由 a 表无示数 , b 表有示数 , 可以判断 a 是电流表 , b 是电压表 ,S 1 、 S 2 都闭合时 , R 2 和滑动变阻器 R 3 被电流表 a 短路 , 滑片 P 向右滑动 , c 表的示数不变 , 所以 c 是电压表 , 故 A 错误。先闭合开关 S 1 , R 1 、 R 2 和滑动变阻器 R 3 串联 , 总电阻为三者之和 , 再闭合 S 2 时 , R 2 和滑动变阻器 R 3 被电流表 a 短路 , 电路中的总电阻变小 , 总电流变大 , 故 B 正确。只闭合 S 1 时 , R 1 、 R 2 、 R 3 串联 , 设 P 向右移动前后电路中的电流分别为 I 1 、 I 2 , 由 I= 可得 , R 2 两端的电压变化量 Δ U 2 =U 2 '-U 2 =I 2 R 2 -I 1 R 2 = ( I 2 -I 1 ) R 2 , R 2 两端的电压变化量与电流变化量的乘积为 Δ I 2 ·Δ U 2 = ( I 2 -I 1 )×( I 2 -I 1 ) R 2 = ( I 2 -I 1 ) 2 R 2 , R 2 电功率的变化量 Δ P 2 =R 2 -R 2 = ( - ) R 2 = ( I 2 -I 1 )( I 2 +I 1 ) R 2 , 因为 ( I 2 +I 1 ) > ( I 2 -I 1 ), 则 ( I 2 -I 1 )( I 2 +I 1 ) R 2 > ( I 2 -I 1 ) 2 R 2 , 考点四　电路计算 8 . [2017· 河北 38 题 7 分 ] 如图 20-11 甲所示 , 电源电压恒定 , 滑动变阻器的规格为 “30 Ω 　 1 A”, 在 A 、 B 间接入规格为 “12 V 　 12 W” 的灯泡 L, 闭合开关 , 当滑动变阻器的 阻值连入电路时 , 灯泡正常发光。 (1) 求灯泡正常工作时通过的电流和电源电压。 (2) R 0 是如图乙所示的 R a 和 R b 之间任意取值的电 阻 , 当在 A 、 B 间接入电阻 R 0 后 , 闭合开关 , 在保证 电路安全的情况下 , 将滑片 P 从最右端向左滑动 的过程中 , 电流表示数均出现过 0 . 4 A( 电流表选择 0 ~ 0 . 6 A 量程 ), 求 R 0 的取值范围及电压表示数的最大值和最小值。 图 20-11 8 . [2017· 河北 38 题 7 分 ] 如图 20-11 甲所示 , 电源电压恒定 , 滑动变阻器的规格为 “30 Ω 　 1 A”, 在 A 、 B 间接入规格为 “12 V 　 12 W” 的灯泡 L, 闭合开关 , 当滑动变阻器的 阻值连入电路时 , 灯泡正常发光。 (2) R 0 是如图乙所示的 R a 和 R b 之间任意取值的电 阻 , 当在 A 、 B 间接入电阻 R 0 后 , 闭合开关 , 在保证 电路安全的情况下 , 将滑片 P 从最右端向左滑动 的过程中 , 电流表示数均出现过 0 . 4 A( 电流表选 择 0 ~ 0 . 6 A 量程 ), 求 R 0 的取值范围及电压表示数的最大值和最小值。 图 20-11 当 R 0 = 15 Ω, 滑动变阻器的滑片位于最右端时 , 电压表的示数最大 , U R 大 =I'R= 0 . 4 A×30 Ω = 12 V; 当 R 0 = 25 Ω, 电路中的电流最大为 0 . 6 A 时 , R 0 两端的电压最大 , 电压表的示数最小 , 此时 R 0 两端的最大电压 U 0 大 =I 大 R 0 = 0 . 6 A×25 Ω = 15 V, 则电压表的最小示数 U R 小 =U-U 0 大 = 18 V - 15 V = 3 V 。